(57)【要約】酸素含有坩堝を除くことができる、シリコンインゴットを連続的に引き上げるための結晶引き上げ装置が開示される。溶融シリコンのプールを保持するために、３つの窪みを有する固体シリコン支持体が使用される。シリコンは溶融プールに添加され、堰を越えて安定化プールに入り、さらに堰を越えてシリコンインゴットが成長する成長プールに入る。
2019509970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液からシリコンインゴットを連続的に製造するための結晶成長装置であって、垂直軸線を有し、前記シリコンインゴットは前記垂直軸線に対して上方に引き上げられ、
シリコン溶融プール、シリコン安定化プール、およびシリコン成長プールを保持するように成形された上面を有する固体シリコン支持体を保持する基部と、
前記シリコン溶融プールに連続的にシリコン材料を供給するための供給口と、
シリコン材料を溶融するため、またはシリコン材料を溶融状態に維持するために、シリコン溶融プールの上方に取り付けられた第１の環状ヒータと、
シリコン安定化プールの上方に取り付けられ、第１の環状ヒータの内側にある第２の環状ヒータと、
シリコン成長プールの上方に取り付けられ、第２の環状ヒータの内側にある少なくとも第３の環状ヒータとを備える、結晶成長装置。
【請求項２】
前記基部は、中心および円周端を有し、前記シリコン溶融プール、前記シリコン安定化プール、および前記シリコン成長プールの少なくとも１つの形状に適合するように形成され、また、円周端から中心に向かって下方に傾斜している、請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
前記シリコン溶融プール、前記シリコン安定化プール、および前記シリコン成長プールを保持する形状の上面を有する、前記固体シリコン支持体との組み合わせでの、請求項１または請求項２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
前記固体シリコン支持体は、前記溶融プールの外側ピークと前記溶融プールの内側ピークとを有し、前記垂直軸線に関して前記内側ピークは前記外側ピークより低く、溶融シリコンが前記内側ピークの堰を越えて、前記シリコン溶融プールから前記安定化プールに流入することが可能である、請求項３に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
前記固体支持体は、前記安定化プールの外側ピークと、前記安定化プールの内側ピークとを有し、前記垂直軸線に関して前記内側ピークは前記溶融プールの外側ピークより低く、溶融シリコンが前記内側ピークの堰を越えて、前記シリコン安定化プールから前記シリコン成長プールに流入することが可能である、請求項４に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
前記溶融プールの内側ピークと前記安定化プールの外側ピークとは同一のピークである、請求項５に記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記固体支持体は、前記シリコン成長プールを保持する成長プール窪みを有し、前記窪みは前記安定化プールの内側ピーク内にある、請求項６に記載の結晶成長装置。
【請求項８】
前記溶融プールの外側ピークおよび内側ピークが、前記外側ピークと前記内側ピークとの間の環状溶融プール窪みを画定し、前記溶融プール窪みは、前記外側ピークから前記溶融プール窪みの底までの垂直距離である深さを有し、前記安定化プールの外側ピークおよび前記安定化プールの内側ピークが、前記外側ピークと前記内側ピークとの間の環状安定化プール窪みを画定し、前記安定化プール窪みは、前記溶融プールの外側ピークから前記安定化プール窪みの底までの垂直距離である深さを有し、成長プール窪みは、前記溶融プールの外側ピークから前記成長プール窪みの底までの垂直距離である深さを有し、前記成長プール窪みの深さは前記溶融プール窪みの深さおよび前記安定化プール窪みの深さよりも深い、請求項７に記載の結晶成長装置。
【請求項９】
ヒータの上方に延在する断熱材と、
第１の環状ヒータと第２の環状ヒータとの間の断熱材から下方に延在する、ガスが溶融シリコンの表面を横切って流れるようにする仕切りとをさらに備える、請求項１から請求項８のいずれかに記載の結晶成長装置。
【請求項１０】
前記仕切りは外側仕切りであり、前記装置は、前記第２の環状ヒータと前記第３の環状ヒータとの間の前記断熱材から下方に延在し、ガスが溶融シリコンの表面を横切って流れるようにする内側仕切りをさらに備える、請求項９に記載の結晶成長装置。
【請求項１１】
前記断熱材の開口を通って前記インゴットが上方に引っ張られ、前記開口と流体連通する第１のガス入口と、
前記外側仕切りと前記内側仕切りとの間に形成された空間にガスを放出する第２のガス入口とをさらに備える、請求項１０に記載の結晶成長装置。
【請求項１２】
前記基部は、（１）前記基部を冷却するために形成された冷却チャネルを備えるか、または（２）前記基部と熱交換する冷却チャンバと熱接触している、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の結晶成長装置。
【請求項１３】
前記装置は、前記基部の下方にヒータを備えていない、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の結晶成長装置。
【請求項１４】
前記基部は、炭化ケイ素、炭素、グラファイト、グラファイト絶縁体、または高融点金属から構成される、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の結晶成長装置。
【請求項１５】
前記装置は、酸素含有坩堝を備えない、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の結晶成長装置。
【請求項１６】
シリコンインゴットを成長させる方法であって、
前記シリコン溶融プールにシリコン材料を連続的に供給するステップと、
シリコン材料を溶融させるか、またはシリコン材料を溶融状態に維持するため、前記第１の環状ヒータに電力を供給し、溶融シリコンが前記溶融プールの堰を越えて前記安定化プールに入るステップと、
前記安定化プール内の温度を維持するため、前記第２の環状ヒータに電力を供給し、溶融シリコンが前記安定化プールの堰を越えて前記成長プールに入るステップと、
インゴットの成長状態を制御するため、前記第３の環状ヒータに電力を供給し、インゴットを前記成長プールから上方に引き出すステップとを有する、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の装置においてシリコンインゴットを成長させる方法。
【請求項１７】
前記第１の環状ヒータ、前記第２の環状ヒータ、および前記第３の環状ヒータは連続的に電力が供給される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３１４５６２号の利益を主張する。
【０００２】
（開示の分野）
本開示の分野は、結晶成長装置に関し、特に溶融シリコンが酸素含有坩堝に接触しない、シリコンインゴットの連続的な引き上げのための結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
半導体グレードの単結晶シリコンは、様々な電子デバイスを製造するために使用される。単結晶シリコンは、結晶引き上げ装置内の坩堝内に保持されたシリコンの融液からシリコンインゴットを引き出す、いわゆるチョクラルスキー（Czochralski）法によって製造することができる。半導体グレードの単結晶シリコンの仕様において酸素含有量のより低い仕様がますます求められ、炭素の仕様においても酸素含有量のより低い仕様がより厳格に求められている。このような仕様は、溶融シリコンを保持するために使用される坩堝が通常酸素を含むシリカで構成されているため、チョクラルスキー法では達成が困難となり得る。溶融シリコンと接触すると、シリカ坩堝からの酸素が溶融物に入り得る。酸素が成長中のインゴットに取り込まれ、結果として酸素が「含有される」。酸素は、ポリシリコン原料自体または坩堝を保持するサセプタを通してシステムに入る炭素と反応し、溶融シリコンに可溶な炭素酸化物を生成することがある。炭素酸化物も、成長中のインゴットに取り込まれ、装置の性能を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
含有される酸素および炭素を除いた単結晶シリコンインゴットを成長させるために、チョクラルスキー引き上げ法を利用可能とする結晶引き上げ装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このセクションは、以下に記載および／または請求される本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この説明は、本開示の様々な態様のより良い理解を容易にするための背景情報を読者に提供するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記述はこの観点から読まれるべきで、従来技術の承認ではないことを理解されたい。
【０００６】
（概要）
本開示の１つの態様は、シリコン融液からシリコンインゴットを連続的に製造するための結晶成長装置に関する。装置は垂直軸線を有し、シリコンインゴットは垂直軸線に関して上方に引っ張られる。結晶成長装置は、上面にシリコン溶融プール（a silicon melting pool）、シリコン安定化プール（a silicon stabilization pool）、およびシリコン成長プール（a silicon growth pool）を保持する形状を有し、固体シリコン支持体を保持するための基部を備える。結晶成長装置は、シリコン溶融プールにシリコン材料を連続的に供給する供給口を備える。第１の環状ヒータは、シリコン材料を溶融するため、またはシリコン材料を溶融状態に維持するため、シリコン溶融プールの上方に取り付けられている。第２の環状ヒータは、シリコン安定化プールの上に取り付けられる。第２の環状ヒータは、第１の環状ヒータの内側にある。少なくとも、第３の環状ヒータはシリコン成長プールの上方に取り付けられる。第３の環状ヒータは、第２の環状ヒータの内側にある。
【０００７】
本開示の上述の態様に関して記載した特徴には様々な改良が存在する。さらなる特徴も同様に、本開示の上述の態様に組み込むことが可能である。これらの改良および追加の特徴は、単独でまたは任意の組み合わせで存在し得る。例えば、本開示の図示された実施形態のいずれに関しても以下に述べる様々な特徴は、単独で、または任意の組み合わせで、本開示の上記の態様のいずれに組み込まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】固体シリコン支持体を備える結晶引き上げ装置の概略断面図。
【図２】結晶引き上げ装置の下部の概略詳細図。
【図３】基部の下方に冷却チャンバを有する結晶引き上げ装置の概略断面図。
【０００９】
対応する参照符号は、図面全体に亘って対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（詳細な説明）
図１を参照すると、結晶成長装置（本明細書では単に「結晶引き上げ装置（crystal puller）」とも呼ばれる）は、概して「１」で参照される。結晶成長装置１は、ハウジング５と、固体シリコン支持体１３を保持するためのハウジング５内の基部９とを有する。ペデスタル１４は、基部９および固体シリコン支持体１３を支えている。ペデスタル１４は、結晶成長中に温度および成分勾配を高めるため、結晶引き上げ中に回転可能である。
【００１１】
結晶引き上げ装置１は、インゴット１５が引き上げられる方向に平行な中心垂直軸線Ａを有する。引き上げ装置１はさらにインゴット１５の好ましい温度勾配を維持するためインゴット１５を囲む冷却ジャケット１９を備える。開放領域１７は、冷却ジャケットを断熱材２３から分離する。他の結晶引き上げ装置の構成は、遮熱材（図示せず）が少なくとも部分的にインゴット１５を囲む、または冷却ジャケット１９が除かれ、断熱材２３がインゴット１５までさらに拡張することを含む実施形態が使用されることがある。構成に関わらず、坩堝引き上げシステム（crucible puller system）への不活性ガス添加のために、開口７８がインゴット付近に配置される。
【００１２】
固体シリコン支持体１３は、多結晶シリコンビレット、単結晶シリコンビレット、またはシリコン板から作られる。本明細書で参照される「シリコン支持体」は、シリコン元素から作られており、シリコン化合物（例えば、シリカ、炭化ケイ素）を除外することが意図されている。固体シリコン支持体１３は、種々の不純物を含んでいてもよいが、不純物の量は、シリコンインゴットの品質を許容レベル以下まで低下させる量を超えてはならない。固体シリコン支持体１３は、シリコン材料の３つのプールを保持するように成形された上面２４を備える。固体シリコン支持体１３は、シリコン支持体を標的として溶解させることによって（例えば、結晶引き上げ装置１中で、または引き上げ装置１への設置前に）もしくはシリコン支持体を機械加工することによって成形できる。
【００１３】
固体シリコン支持体１３を保持する基部９は、垂直軸線Ａが通過する中心６２（図２）、および周端６６を有する。図１および図２に示すように、基部９は、周端６６からその中心６２に向かって下方に傾斜している。他の実施形態では、基部は下方に傾斜しない（例えば、水平であり得る）。基部９は、以下に説明する様々な溶融プールの形状を最適化するため、および結晶引き上げ装置の熱管理の向上のための輪郭を形成する。
【００１４】
図１に示すように、上面２４は、溶融シリコン材料を保持するための少なくとも３つの窪みである環状のシリコン溶融プール窪み２５、環状の安定化プール窪み４１、および成長プール窪み４７を有する。環状の溶融プール窪み２５は、シリコン溶融プール２７を保持する。連続的にシリコン材料を溶融プール２７に供給するため、シリコンは供給口３０を通して添加される。シリコンは、固体状態（例えば、粒状シリコン）で添加されてもよく、溶融プール２７内でシリコンは溶融する。粒状シリコンを供給するため連続供給装置（図示せず）を使用してもよい。他の実施形態では、溶融シリコン材料がプール内で溶融状態に維持される場合は、結晶引き上げ装置のハウジング５の内部または外部にあり得るプレメルター（pre-melter）（図示せず）が、溶融シリコンをプール２７に供給するために使用されてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、環状安定化プール窪みおよび関連するプールは除かれる。しかし好ましくは、シリコン支持体１３はシリコンを完全に溶融させ、成長プール４５に流入する前に一定温度を維持するため、安定化プールを備える。固体シリコン支持体１３は３つ以上シリコンのプールを備えることも可能であり、温度および粒子の制御を高めることができるが、システムのコストを増大させ得る。
【００１６】
シリコン溶融プール２７は、外側ピーク３１（図２）と内側ピーク３３との間に画定される窪み２５に保持される。外側ピーク３１は、固体シリコン支持体１３の外側の棚３２の一部であってもよい。溶融材料が内側ピーク３３の堰を越えて安定化プール３９に流入できるように、垂直軸線Ａに関して内側ピーク３３は、外側ピーク３１よりも低い。固体支持体１３の上面２４は、安定化プールの外側ピーク３３（溶融プール２７の内側ピークでもある）と、環状の安定化窪み４１を画定する、安定化プール内側ピーク４３とを含む。溶融シリコンが内側ピーク４３の堰を越えてシリコン成長プール４５に流入できるように、垂直軸線Ａに関して内側ピーク４３は、溶融プール窪み２５の外側ピーク３１よりも低い。内側ピーク４３は、安定化プールの外側ピーク３３よりも低くても、同じ高さでも、さらに高くてもよい。いくつかの実施形態では、内側ピーク４３と安定化プールの外側ピーク３３との間の関連する高さは、引き上げシステムの運動を変化させるため結晶引き上げの間に変更される。
【００１７】
成長プール窪み４７は、インゴット１５（図１）が引き出される溶融シリコン成長プール４５を保持する。成長プール４５を保持する成長プール窪み４７は、安定化プールの内側ピーク４３の内側に形成される。
【００１８】
溶融プール窪み２５は、外側ピーク３１から内側ピーク３３まで延在する幅Ｗ２５を有し、垂直距離で溶融プール窪み２５の外側ピーク３１から窪み２５の底５２（すなわち、窪みの最も低い点）までの深さＤ２５を有する。安定化プール窪み４１は、その外側ピーク３３とその内側ピーク４３との間に延在する幅Ｗ４１を有し、垂直距離で溶融プール窪み２５の外側ピーク３１から安定化プール窪み４１の底５４までの深さＤ４１を有する。成長プール窪み４７は、幅Ｗ４７（すなわち、直径）および垂直距離で溶融プール窪み２５の外側ピーク３１から成長プール窪み４７の底５６までの深さＤ４７を有する。
【００１９】
成長プール窪み４７の深さＤ４７は、成長プール窪み４７がより大きい体積の溶融シリコンを保持できるように、溶融プール窪み２５および安定化プール窪み４１の深さＤ２５、Ｄ４１よりも深い。様々な実施形態では、成長プール窪み４７の深さＤ４７は、溶融プール窪み２５および安定化プール窪み４１それぞれの深さＤ２５、Ｄ４１の少なくとも約２倍または約３倍であってもよい。溶融プール窪み２５の深さＤ２５、安定化プール窪み４１の深さＤ４１、および成長プール窪み４７の深さＤ４７は、安定した結晶成長を生じるように選択されたシステムの熱勾配によって制御され得る。
【００２０】
同様に、成長プール窪み４７の幅Ｗ４７は、インゴット１５（図１）を引き出すための適切な表面積を提供するためおよび成長プールが十分な量の溶融シリコンを含むことを可能にするため、溶融プール窪み２５および安定化プール窪み４１の幅Ｗ２５、Ｗ４１よりも大きい。様々な実施形態において、成長プール窪み４７の幅Ｗ４７は、溶融プール窪み２５および安定化プール窪み４１のそれぞれの幅Ｗ２５、Ｗ４１の少なくとも約２倍または約３倍であってもよい。溶融プール窪み２５および安定化プール窪み４１は、同一または異なる深さＤ２５、Ｄ４１および幅Ｗ２５、Ｗ４１を有してもよい。
【００２１】
固体シリコン支持体１３、シリコンプール２７，３９，４５、およびインゴット１５（図１）は、装置１の使用を例示するために示されており、特に明記しない限り、装置の構成要素ではない。いくつかの実施形態では、シリコン支持体１３は装置の一部である。
【００２２】
装置は、溶融プール２７、安定化プール３９、および成長プール４５のそれぞれの温度プロファイルを制御するため第１、第２、および第３の環状ヒータ６３，６５，６７を備える。第１の環状ヒータ６３は、溶融プール２７に導入する粒状のシリコンを溶融させるため（または溶融シリコンをプールに導入する際はシリコンを溶融状態に維持するため）、溶融プール２７の上方に取り付けられる。第１の環状ヒータ６３は内部に、固体または溶融シリコンが通る開口を備えてもよい。
【００２３】
この第１の環状ヒータ６３の内側（すなわち、ヒータ６３の中央の開口の中）には、第２の環状ヒータ６５がある。第２の環状ヒータ６５は、安定化プール３９の上方に取り付けられている。第２の環状ヒータ６５は、成長プール４５に入る前のシリコンの一定温度を維持するためおよび、溶融プール２７から堰を越える固体シリコンを溶融するために制御される。第３の環状ヒータ６７は、第２の環状ヒータ６５の内側（ヒータ６５の中央の開口の中）にあり溶融プール４５の上方に取り付けられている。インゴット１５は、第３のヒータ６７の中央の開口を通って引き出される。第３のヒータ６７は、インゴット１５内の好ましい温度勾配を維持するように制御される。
【００２４】
３つのヒータ６３，６５，６７は固体シリコン支持体１３を溶かさずにシリコン溶融プール２７、安定化プール３９、および成長プール４５に適切な熱を供給するため独立して制御される。ヒータ６３，６５，６７は、ヒータが溶融物の汚染を引き起こすことなく（例えば、溶融物中へのヒータの浸漬による）、また過剰な熱が隣接する加熱ゾーン（すなわち、隣接するプール）に伝わらないように、適切な溶融および安定した温度を提供するプール２７，３９，４５から間隔をあけて配置されなければならない。
【００２５】
ヒータ６３，６５，６７は、抵抗またはＲＦヒータであり得る。ここではヒータ６３，６５，６７を別個のヒータとして説明するが、ヒータ６３，６５，６７は、シリコン溶融プール２７、安定化プール３９、および成長プール４５への入熱を制御するため３つの別個の部分が独立して制御される１つの加熱ユニットに組み合わせてもよい。
【００２６】
断熱材２３（図１）は、ヒータ６３，６５，６７の上方に延在する。インゴット１５は、断熱材２３を通って引き上げられる。外側仕切り７２は、第１の環状ヒータ６３と第２の環状ヒータ６５との間の断熱材２３から下方に延在する。内側仕切り７４も同様に、第２の環状ヒータ６５と第３の環状ヒータ６７との間の断熱材から下方に延在する。第１のガス入口７６は、インゴット１５が引き上げられる開口７８と流体的に連通している。ガスはインゴット１５の周りを下方に移動し、成長プール４５の表面上を通過し、安定化プール３９および溶融プール２７を通過する。仕切り７２，７４は、結晶引き上げ装置１の軸線Ａの周りを円周方向に延在し、粒状シリコンの供給時のゴミおよび冷却され沈殿した一酸化ケイ素のような粒子を流し去るため、ガスを比較的高速で溶融シリコンの表面を横切って流させる。
【００２７】
結晶引き上げ装置１は、外側仕切り７２と内側仕切り７４との間に形成された空間内にガスを放出する第２のガス入口７５を備えることができる。ジェット（Jets）（図示せず）が、成長プール４５、安定化プール３９、および溶融プール２７の表面を横切ってガスを誘導するために使用されてもよい。ガスは、出口７９を通ってシステムから排出され、冷却されることもあり、再利用のためさらに処理される。出口７９は、引き上げ装置１の底部のような結晶引き上げ装置１の他の部分に配置され得る。
【００２８】
結晶引き上げ装置１で使用され、第１の入口７６および任意の第２の入口７５を通って導入され得るガスは、シリコンに不活性であって、アルゴン、窒素、クリプトン、またはヘリウムを含み得るガスである。
【００２９】
結晶成長環境において基部９が典型的に露出され得る温度および圧力で、基部９は固体シリコン支持体１３およびシリコンプール２７，３９，４５を支持することができる任意の材料から構成することができる。適切な材料としては、炭化ケイ素、炭素、グラファイト、グラファイト絶縁体、およびアルミナ、またはジルコニアなどの高融点金属を含み得る。いくつかの実施形態では、基部９が除かれることがあり、固体シリコン支持体１３がペデスタル１４に直接接続されるが、結晶引き上げシステムに十分な構造と剛性を提供するため基部９を組み込むことが一般に好ましい。基部９、支持体１３、断熱材（もしあれば）、およびヒータ６３，６５，６７は、消費電力を低減するために熱損失を最小に抑えながら、シリコンプール２７，３９，４５が基部９まで延在しないように構成されなければならない。
【００３０】
基部９は、基部９および固体シリコン支持体１３を冷却するように形成された冷却チャネル７７（図２）を有する場合がある。他の実施形態では、図３に示すように、基部９は、冷却流体が循環して基部９および固体シリコン支持体１３を冷却する冷却チャンバ８０（すなわち、冷却ジャケット）と流体接触している。
【００３１】
好ましくは、装置は、基部を適切に冷却できるように基部９の下側にヒータまたは断熱材を有さない。断熱材（図示せず）は、熱損失を低減するため、基部９と固体シリコン支持体１３との間に有し得る。
【００３２】
ヒータ（図示せず）は、成長プール４５を溶融状態に維持する助けとするため、固体シリコン支持体１３および、特に成長プール４５の下に埋め込まれてもよい。このようなヒータは、抵抗ヒータであってもよく、シリコンは誘導的に結合された高周波加熱（RF heating）で直接加熱されてもよい。温度センサ（図示せず）は、ヒータの電力入力のフィードバックとして使用される温度場を提供するため、基部９の中またはシリコン支持体１３の中に埋め込まれても良い。
【００３３】
結晶引き上げ装置１は、インゴットが成長プール４５から引き出されている間、供給口３０に連続的に（または断続的に）シリコン原料を添加することで運転させることができる。結晶引き上げ装置１は、インゴットの成長がインゴットネックの重量限界に近づいたとき、またはインゴットが引き上げチャンバの全長に近づいたときにのみ停止される半連続状態で運転されてもよい。一旦インゴットの成長が停止すると、インゴットは成長チャンバから取り除かれ、引き上げ装置に再び種結晶が取り付けられ、インゴットの成長が再開する。
【００３４】
固体シリコン（例えば、粒状シリコン）を添加した場合、シリコンは溶融プール２７内に入った後に溶融される。溶融シリコンの添加の場合（例えば、プレメルターの使用による）、シリコンはプール２７中で溶融状態に維持される。第１の環状ヒータ６３には電力が供給され、シリコンを溶融および／または添加されたシリコンを溶融状態に維持するが、固体シリコン支持体１３は溶融せず、溶融プール窪み２５の内側ピーク３３を含んでいる。プール２７へのシリコンの添加によって、溶融シリコンは内側ピーク３３（図２）の堰を越えて、安定化プール３９の中に流入する。第２の環状ヒータ６５は、安定化プール３９内の一定温度を維持（例えば、温度センサの場からのフィードバックによって）するよう電力が供給され、制御される。これにより成長プール４５内のより厳密な温度制御がされる。シリコンは安定化プールの内側ピーク４３の堰を越えて成長プール４５に流入する。第３の環状ヒータ６７は、適切なインゴットの成長のために、プール４５内の対流および温度勾配を制御するように電力が供給される。
【００３５】
インゴット１５にドープすることが望ましい場合（例えば、Ｎ型またはＰ型シリコンの製造のため）、ドーパントはシリコンと共に連続的に添加されてもよく、また別個の入口（図示せず）を通して添加されてもよい。
【００３６】
通常、第１、第２、および第３の環状ヒータ６３，６５，６７は連続的に電力が供給される。ヒータ６３，６５，６７に供給される電力は、溶融、安定化、および成長状態を制御するため温度センサからのフィードバックに基づいて変化させることができる。溶融プールの内側ピーク３３または安定化プールの内側ピーク４３が不注意に溶融した場合、溶融プール２７から安定化プール３９および成長プール４５へのシリコンを適切に移送するために改質することができる。
【００３７】
本開示の装置は、従来の結晶引き上げ装置と比較して、いくつかの利点を有する。基部および固体シリコン支持体は、坩堝（すなわち、従来シリカで構成されている底および側壁を有する容器）なしで引き上げを行うことができる。溶融シリコンは坩堝（例えば、酸素を含むシリカ坩堝）より固体シリコン支持体と接触するので、溶融物に溶け込む酸素は僅かであるか、または全く溶け込まない。炭素と反応して溶融シリコン中に可溶な炭素酸化物を生成する酸素はより少なくなる。溶存酸素および炭素が少なくなることでより酸素および炭素の少ないインゴットの製造が可能になる。本開示の実施形態によって製造されるこのようなインゴットは、約３ｐｐｍを下回る酸素を含有し、他のいくつかの実施形態では、得られるインゴットは、酸素の検出限界を下回る量の酸素を含有する。代替的または付加的に、インゴットは、約０．００１ｐｐｍを下回る炭素を含有していることがあり、検出限界を下回る量の炭素を含有していることがある。
【００３８】
連続プロセスを用いることによって、軸方向および半径方向の均一な抵抗力は、連続的なドーピングによって達成され得る。インゴット内に酸素が所望される場合には、坩堝を介してシステムに酸素が導入されないため、溶融物は酸化物をターゲットとしてドープされ、含有酸素は制御される。
【００３９】
溶融物中の酸素が少ないと、酸化ケイ素（ＳｉＯ）の生成を減少させることが可能である。ＳｉＯは排気中の炭素含有系成分と反応することができ、その結果さらにＣＯおよびＳｉＣの生成をもたらし、そのＣＯおよびＳｉＣは、ヒータ装置のようなシステム構成要素の寿命を低下させる可能性がある。システム内の回収されたＳｉＯは、排気ガス濾過システム、真空ポンプ、および不活性ガスフローコントローラのようないくつかのシステム構成要素の小型化または取り除くことが可能になる。溶融物から酸素を減少させることによって、システム構成要素はＳｉＯ汚損が少ないため、連続システムはより長く作動することができ、作動コストの低減となる。
【００４０】
溶融物が酸素含有坩堝との接触を低減または接触しないことによって、酸素が溶融物に入ることは少なくなり、システムの圧力は、従来のシステム（例えば、５０ｔｏｒｒ以下）のように低圧で操作することは求められない。従来のシステムでは、圧力は酸素が溶融物から放出されることを可能とするため比較的低い圧力であった。必要な酸素の放出が少ないので、より高い圧力でシステムを運転することができ、高い圧力ではより多くのガスが存在するため、不活性ガス（例えば、アルゴン）の流量を減少させることが可能になる。
【００４１】
溶融物に向かって下方に延在する仕切りを備える結晶引き上げ装置である実施形態では、仕切りはガスを強制的に溶融物の表面に向け、ガスの流速を増加（真空システムにおいては希薄である）させ、粒子を成長プール、安定化プール、および溶融プールから取り除く。内側と外側の仕切りとの間の第２のガス入口の使用は、増加する結晶引き上げ装置断面を越え、ガスが外へ移動するのに伴うガスの流速を維持する助けとなる。
中心に向かって下方に傾斜する基部を備える結晶引き上げ装置である実施形態では、基部と成長プールとの間、および安定化プールと溶融プールとの間の距離はより均一であり得、その結果、プールの加熱をより均一にする。
【００４２】
本明細書中で使用される、「およそ（about）」、「実質的に（substantially）」、「本質的に（essentially）」、および「約（approximately）」という用語は、寸法、濃度、温度、もしくは他の物理的、化学的特性または特徴の範囲と併せて使用される場合、変形を含むことを意味し、例えば、丸め、測定方法、または他の統計的変動から生じる変形を含む特性または特徴の範囲の上限および／または下限に存在してもよい。
【００４３】
本開示の要素またはその実施形態を導入する場合、「１つの（a）」、「１つの（an）」、「その（the）」、および「前記の（said）」という冠詞は、１つまたはそれ以上の要素があることを意図するものである。「備える（comprising）」、「含む（including）」、「含有する（containing）」、および「有する（having）」という用語は、包括的であって列挙された要素以外の追加の要素があっても良いことを意味する。特定の方向（例えば、「上」、「下」、「側」など）を示す用語の使用は、説明の便宜上のものであり、記述された項目の特定の向きを必要としない。
【００４４】
上記の構成および方法において、開示の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができるが、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、例示として解釈されるべきであって、限定する意味のものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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